定位数铣夹具、动力涡轮机匣金属密封环的数铣加工方法与流程

1.本发明涉及动力涡轮机匣金属密封环加工技术领域，特别地，涉及一种定位数铣夹具，另外，还特别涉及一种采用上述定位数铣夹具的动力涡轮机匣金属密封环的数铣加工方法。


背景技术：

2.如图1所示，动力涡轮机匣金属密封环为薄壁环形开口件，在发动机中起密封作用，它的性能好坏将直接影响发动机的使用寿命。目前，在对加工动力涡轮机匣金属密封环的钩型开口进行数铣加工时，由于零件是在自由状态下进行加工，加工完成后再放入量环中模拟工作状态进行检测，钩型开口的尺寸变化差异较大，零件加工尺寸不合格，零件报废率、返修率很高。具体地，如图2和图3所示，钩型开口处的型面尺寸要求具体为：(1)、量环中e处放大：2处轴向间隙0～0.05
①
，2处径向尺寸3.05～3.30、且厚度差0.02
②
；(2)、量环中a视放大：2处开口尺寸4.75～5.15
③
，径向间隙0～0.05
④
，2处开口处型面厚度1.07～1.21
⑤
，当d面接触时，打表检查b面、c面，允许c面比b面低0.025max
⑥
。在自由状态下加工后放入量环检测时，开口处的数铣加工尺寸
①
、
④
、
⑥
无法满足图纸要求，尺寸
②
、
③
、
⑤
加工后需要多次返修才能满足图纸要求。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种定位数铣夹具、动力涡轮机匣金属密封环的数铣加工方法，以解决现有在自由状态下对动力涡轮机匣金属密封环的钩型开口进行数铣加工时存在的加工尺寸不合格的技术问题。
4.根据本发明的一个方面，提供一种定位数铣夹具，包括底板、轴向定位组件、径向定位组件和角向定位塞块，所述轴向定位组件、径向定位组件和角向定位塞块均安装在所述底板上，所述底板上开设有限位槽，用于放置待加工的金属密封环，所述轴向定位组件用于对金属密封环进行轴向定位，所述径向定位组件用于对金属密封环进行径向定位，所述底板上开设有角向定位槽，所述角向定位槽的位置对应工作状态下金属密封环的钩型开口端部位置，基于自由状态下金属密封环的直径和工作状态下金属密封环的直径进行预变形换算得到，在进行加工时，所述角向定位塞块插入角向定位槽中以对金属密封环进行角向定位。
5.进一步地，所述轴向定位组件的数量为多个，多个轴向定位组件间隔分布在所述底板上。
6.进一步地，所述轴向定位组件包括压板、衬套、衬套安装螺钉、压板锁紧螺钉和平垫圈，所述衬套通过衬套安装螺钉固定安装在所述底板上，所述衬套的上端面与所述底板的上端面齐平，所述压板位于所述衬套的上方，所述压板上开设有槽孔，所述平垫圈位于所述压板锁紧螺钉和压板之间，所述压板锁紧螺钉穿过槽孔后与所述衬套配合并锁紧在所述压板上。
7.进一步地，位于金属密封环开口处的压板为尖头压板，用于在对钩形开口的凹槽处进行精加工时压住钩型开口的凸台处。
8.进一步地，所述径向定位组件位于所述限位槽的合围空间内，包括滑块、槽块、槽块安装螺钉、滚花螺钉和弹簧，所述槽块通过槽块安装螺钉固定安装在底板上，所述槽块上开设有径向设置的滑槽，所述滑块设置在所述滑槽内并可沿滑槽来回滑动，所述滚花螺钉可转动地安装在所述槽块上，其一端穿过所述槽块并伸入滑槽内与所述滑块配合，所述弹簧的一端与滑块固定连接，另一端与槽块的槽壁固定连接，通过转动所述滚花螺钉推动所述滑块沿径向方向滑动。
9.进一步地，所述滑块上对应所述槽块安装螺钉的位置处开设有槽孔，所述槽块安装螺钉穿过槽孔和槽块后固定在底板上，通过所述槽块安装螺钉对滑块的滑动行程进行限位。
10.另外，本发明还提供一种动力涡轮机匣金属密封环的数铣加工方法，采用如上所述的定位数铣夹具，包括以下内容：
11.将定位数铣夹具安装在加工机床上；
12.将角向定位塞块插入角向定位槽内；
13.将具有开口的金属密封环放入限位槽中，使金属密封环开口处的第一端靠紧在角向定位塞块上；
14.利用径向定位组件和轴向定位组件对金属密封环进行径向定位和轴向定位；
15.对金属密封环的第一端进行数铣加工；
16.松开径向定位组件和轴向定位组件，将金属密封环开口处的第二端靠紧在角向定位塞块上，重复上述内容，对金属密封环开口的第二端进行数铣加工。
17.进一步地，所述利用径向定位组件和其余的轴向定位组件对金属密封环进行径向定位和轴向定位的过程具体为：
18.先将金属密封环的外圆贴紧限位槽的外圆周面后，轻轻拧紧第一端附近的轴向定位组件，使用塞尺检测，选取第一端附近的轴向定位组件远离开口的一侧作为检测点，确保检测点处金属密封环的外圆与限位槽外圆周面之间的间隙符合0.02max的要求，且金属密封环的底面与限位槽底面之间的间隙符合0.02max的要求；
19.用力拧紧径向定位组件，以对金属密封环的第一端进行径向限位；
20.拧紧其余的轴向定位组件，以对整个金属密封环进行轴向限位。
21.进一步地，在对金属密封环的第一端进行粗加工前，需要将金属密封环的第二端抬起并利用第二端附近的轴向定位组件轻轻压住。
22.进一步地，在对钩型开口的凹槽处进行精加工时，加工程序暂停，利用开口处带有尖头压板的轴向定位组件压住钩形开口的凸台处。
23.本发明具有以下效果：
24.本发明的定位数铣夹具，通过在底板上开设限位槽用于放置待加工的金属密封环，然后利用角向定位塞块、轴向定位组件和径向定位组件分别对金属密封环进行角向、轴向和径向定位，确保金属密封环在限位槽内处于三维定位状态，并且角向定位槽的位置是基于自由状态下的直径和工作状态下的直径并结合开口处的设计图尺寸进行预变形换算得到的，其对应的是工作状态下金属密封环的钩型开口端部位置，模拟了金属密封环工作
状态对钩型开口进行数铣加工，解决了现有金属密封环在自由状态下加工后放入量环中因呈现喇叭口而造成尺寸超差的问题，保证金属密封环在自由状态下加工的尺寸能够精准地达到工作状态下的尺寸要求。
25.另外，本发明的动力涡轮机匣金属密封环的数铣加工方法，先利用角向定位塞块对开口的第一端进行角向定位，然后再通过径向定位组件进行径向定位和通过轴向定位组件进行轴向定位，考虑到钩型开口加工的尺寸要求，角向定位是最重要的，其精度调节裕度也是最小的，故而先进行角向定位，优先保证角向定位精度，而轴向定位的精度调节裕度相对较为宽松，故而在进行角向定位和径向定位之后再进行轴向定位，可以保证了整体的三维定位精度均能满足要求。并且角向定位的位置是基于自由状态下的直径和工作状态下的直径并结合开口处的设计图尺寸进行预变形换算得到的，其对应的是工作状态下金属密封环的钩型开口端部位置，模拟了金属密封环工作状态对钩型开口进行数铣加工，解决了现有金属密封环在自由状态下加工后放入量环中因呈现喇叭口而造成尺寸超差的问题，保证金属密封环在自由状态下加工的尺寸能够精准地达到工作状态下的尺寸要求。
26.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
27.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
28.图1是动力涡轮机匣金属密封环的结构示意图。
29.图2是动力涡轮机匣金属密封环的钩型开口处主要型面尺寸设计图。
30.图3是动力涡轮机匣金属密封环的钩型开口处数铣加工示意图。
31.图4是本发明优选实施例的定位数铣夹具的俯视结构示意图。
32.图5是本发明优选实施例的定位数铣夹具的剖面结构示意图。
33.图6是本发明优选实施例中通过角向定位塞块、轴向定位组件和径向定位组件对金属密封环进行定位的局部结构示意图。
34.图7是本发明另一实施例的动力涡轮机匣金属密封环的数铣加工方法中对金属密封环进行装夹加工的示意图。
35.附图标记说明
36.1、底板；2、轴向定位组件；3、径向定位组件；4、角向定位塞块；11、限位槽；12、角向定位槽；21、压板；22、衬套；23、衬套安装螺钉；24、压板锁紧螺钉；25、平垫圈；31、滑块；32、槽块；33、槽块安装螺钉；34、滚花螺钉；35、弹簧。
具体实施方式
37.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
38.如图4至图6所示，本发明的优选实施例提供一种定位数铣夹具，包括底板1、轴向定位组件2、径向定位组件3和角向定位塞块4，所述轴向定位组件2、径向定位组件3和角向定位塞块4均安装在所述底板1上，所述底板1上开设有限位槽11，用于放置待加工的金属密
封环，所述轴向定位组件2用于对金属密封环进行轴向定位，所述径向定位组件3用于对金属密封环进行径向定位，所述底板1上开设有角向定位槽12，所述角向定位槽12的位置对应工作状态下金属密封环的钩型开口端部位置，基于自由状态下金属密封环的直径和工作状态下金属密封环的直径进行预变形换算得到，在进行加工时，所述角向定位塞块4插入角向定位槽12中以对金属密封环进行角向定位。
39.可以理解，本实施例的定位数铣夹具，通过在底板1上开设限位槽11用于放置待加工的金属密封环，然后利用角向定位塞块4、轴向定位组件2和径向定位组件3分别对金属密封环进行角向、轴向和径向定位，确保金属密封环在限位槽11内处于三维定位状态，并且角向定位槽12的位置是基于自由状态下的直径和工作状态下的直径并结合开口处的设计图尺寸进行预变形换算得到的，其对应的是工作状态下金属密封环的钩型开口端部位置，模拟了金属密封环工作状态对钩型开口进行数铣加工，解决了现有金属密封环在自由状态下加工后放入量环中因呈现喇叭口而造成尺寸超差的问题，保证金属密封环在自由状态下加工的尺寸能够精准地达到工作状态下的尺寸要求。
40.可以理解，所述角向定位塞块4通过螺钉锁紧在底板1上，当需要进行加工时，松开螺钉取下角向定位塞块4，将其插入底板1上的角向定位槽12内即可，加工完成之后再利用螺钉锁紧在底板1上，防止角向定位塞块4丢失。所述底板1的上表面开设有一环形的限位槽11，所述限位槽11的尺寸略大于金属密封环的尺寸，待金属密封环开口后将其放置在限位槽11内。在设计所述角向定位槽12在底板1上的位置时，基于金属密封环在自由状态下的直径尺寸和工作状态下的直径尺寸通过公式l＝2πr进行角向偏移换算，再加上设计图纸要求中零件开口处搭起部分的一半为偏移量，可以推算出角向偏移定位值，该角向偏移定位值表示的是金属密封环在自由状态下加工和在工作状态下加工存在的角向偏移量，也可以表示角向定位面与夹具中心面之间的角向偏移量。再采用数控编程从夹具中心面开始进刀进行数铣加工，可以实现零件在自由状态下加工的尺寸能够精准地满足工作状态下的尺寸要求。
41.可选地，所述轴向定位组件2的数量为多个，多个轴向定位组件2间隔分布在所述底板1上，可以对金属密封环起到均匀轴向压紧的作用。其中，所述轴向定位组件2包括压板21、衬套22、衬套安装螺钉23、压板锁紧螺钉24和平垫圈25，所述衬套22通过衬套安装螺钉23固定安装在所述底板1上，所述衬套22的上端面与所述底板1的上端面齐平，所述压板21位于所述衬套22的上方，所述压板21上开设有槽孔，所述平垫圈25位于所述压板锁紧螺钉24和压板21之间，所述压板锁紧螺钉24穿过槽孔后与所述衬套22配合并锁紧在所述压板21上。在安装轴向定位组件2时，先将衬套22装入底板1的台阶孔内，并通过衬套安装螺钉23锁紧，然后依次放上压板21和平垫圈25，将压板锁紧螺钉24依次穿过平垫圈25、压板21上的槽孔后与衬套22配合，压板锁紧螺钉24则锁紧在压板21上，以通过压板21对金属密封环进行轴线压紧。当加工完成后或者需要调整压板21的方位时，松开压板锁紧螺钉24即可进行压板21的方位调整或拆卸，操作十分方便。另外，位于金属密封环开口处的压板21为尖头压板，用于在对钩形开口的凹槽处进行精加工时压住钩型开口的凸台处，从而保证钩形开口的凹槽处的尺寸(即图3中
②
处的尺寸)满足要求。可以理解，由于金属密封环在钩形开口的凹槽处厚度很薄，目标尺寸仅为1.26mm，而金属密封环本身的弹性较大，目前进行数铣加工时，由于金属密封环的钩形开口在加工过程中出现变形而导致该尺寸经常不符合要求，而
本发明在对钩形开口的凹槽处进行精加工时利用尖头压板压住钩型开口的凸台处，限制了钩型开口的变形，保证了加工精度，不仅能保证满足目标尺寸，更重要的是能满足厚度差0.03max的要求，保证了批量生产加工的一致性。作为优选的，所述定位数铣夹具包括六个轴向限位组件2，其中一个轴向限位组件2位于开口处，其压板21为尖头压板，一个轴向限位组件2位于开口的第一端附近，用于对开口的第一端进行轴向压紧，一个轴向限位组件2位于开口的第二端附近，用于对开口的第二端进行轴向压紧，剩余三个轴向限位组件2呈均匀分布，即三个轴向限位组件2相互间隔120
°
分布。可以理解，本发明的轴向限位组件2通过采用上述的布局方式，不仅可以对整个金属密封环起到均匀轴向压紧的作用，而且通过位于开口第一端附近的轴向限位组件2对开口的第一端进行轴向限位，保证了对开口的第一端进行数铣加工时的轴向定位可靠性，通过位于开口第二端附近的轴向限位组件2对开口的第二端进行轴向限位，保证了对开口的第二端进行数铣加工时的轴向定位可靠性，通过位于开口处的带尖头压板的轴向限位组件2在对钩形开口的凹槽处进行精加工时压住钩型开口的凸台处，限制了钩型开口在加工时的变形，保证了加工精度。
42.具体地，所述径向定位组件3位于所述限位槽11的合围空间内，即所述径向定位组件3位于所述限位槽11的环形空间内，其包括滑块31、槽块32、槽块安装螺钉33、滚花螺钉34和弹簧35，所述槽块32通过槽块安装螺钉33固定安装在底板1上，所述槽块32上开设有径向设置的滑槽，即所述滑槽的开设方向沿金属密封环的径向设置，所述滑块31设置在所述滑槽内并可沿滑槽来回滑动，所述滚花螺钉34可转动地安装在所述槽块32上，其一端穿过所述槽块32并伸入滑槽内与所述滑块31配合，所述弹簧35套设在所述滚花螺钉34伸入槽块32内的一端上，通过转动所述滚花螺钉34推动所述滑块31沿径向方向滑动。在安装径向定位组件3时，先将槽块32通过槽块安装螺钉33固定在底板1上，再将滑块31放置在槽块32的滑槽内，然后将弹簧35分别与滑块31和槽块32的滑槽内壁连接，再将滚花螺钉34安装在槽块32上，使滚花螺钉34的一端穿过槽块32后伸入滑槽内并穿过弹簧35与滑块31配合，类似于丝杆螺母的配合。当需要对金属密封环的开口处进行径向限位时，转动滚花螺钉34以驱动滑块31沿径向滑动，从而使滑块31的头部沿径向抵紧在金属密封环的内圆周面上，从而将金属密封环压紧在限位槽11的外圆周面上。当不再需要径向限位时，反向转动滚花螺钉34以驱动滑块31反向滑动，即可解除径向限位作用。
43.可选的，所述滑块31上对应所述槽块安装螺钉33的位置处开设有槽孔，所述槽块安装螺钉33穿过槽孔和槽块32后固定在底板1上，通过所述槽块安装螺钉33对滑块31的滑动行程进行限位，防止滑块31从槽块32内脱出。
44.另外，本发明的另一实施例还提供一种动力涡轮机匣金属密封环的数铣加工方法，优选采用如上所述的定位数铣夹具，包括以下内容：
45.将定位数铣夹具安装在加工机床上；
46.将角向定位塞块4插入角向定位槽12内；
47.将具有开口的金属密封环放入限位槽11中，使金属密封环开口处的第一端靠紧在角向定位塞块4上；
48.利用径向定位组件3和轴向定位组件2对金属密封环进行径向定位和轴向定位；
49.对金属密封环的第一端进行数铣加工；
50.松开径向定位组件3和轴向定位组件2，将金属密封环开口处的第二端靠紧在角向
定位塞块4上，重复上述内容，对金属密封环开口的第二端进行数铣加工。
51.可以理解，本实施例的动力涡轮机匣金属密封环的数铣加工方法，先利用角向定位塞块4对开口的第一端进行角向定位，然后再通过径向定位组件3进行径向定位和通过轴向定位组件2进行轴向定位，考虑到钩型开口加工的尺寸要求，角向定位是最重要的，其精度调节裕度也是最小的，故而先进行角向定位，优先保证角向定位精度，而轴向定位的精度调节裕度相对较为宽松，故而在进行角向定位和径向定位之后再进行轴向定位，可以保证了整体的三维定位精度均能满足要求。并且角向定位的位置是基于自由状态下的直径和工作状态下的直径并结合开口处的设计图尺寸进行预变形换算得到的，其对应的是工作状态下金属密封环的钩型开口端部位置，模拟了金属密封环工作状态对钩型开口进行数铣加工，解决了现有金属密封环在自由状态下加工后放入量环中因呈现喇叭口而造成尺寸超差的问题，保证金属密封环在自由状态下加工的尺寸能够精准地达到工作状态下的尺寸要求。
52.可以理解，具体的加工过程为：
53.在将定位数铣夹具安装到数铣机床上后，需要检验夹具定位面的跳动，保证夹具定位面跳动0.02max，以保证夹具的安装精度。
54.然后，将松开角向定位塞块4上的螺钉，将角向定位塞块4取下，然后将其插入底板1上的角向定位槽12中。
55.然后，将具有开口的金属密封环放入底板1的限位槽11内，使金属密封环开口处的第一端靠紧在角向定位塞块4上。
56.再将金属密封环的外圆贴紧限位槽11的外圆周面后，限位槽11的外圆周面即为零件径向定位面，轻轻拧紧第一端附近的轴向定位组件2，即图7中的组件b，使用塞尺检测，选取第一端附近的轴向定位组件2远离开口的一侧作为检测点，即图7中的a处，确保检测点处金属密封环的外圆与限位槽11外圆周面之间的间隙符合0.02max的要求，且金属密封环的底面与限位槽11底面之间的间隙符合0.02max的要求，限位槽11的底面即为零件支靠面。再用力拧紧径向定位组件3(即图7中的组件c)，即通过转动滚花螺钉34带动滑块31滑动，使滑块31的头部沿径向抵紧在金属密封环开口第一端的内圆周面上，以对金属密封环的第一端进行径向限位。拧紧其余的轴向定位组件2，即拧紧相互间隔120
°
分布的三个轴向定位组件2，以对整个金属密封环进行均匀轴向限位。通过径向限位组件3和轴向限位组件2在角向定位后对金属密封环进行径向限位和轴向限位，从而确保金属密封环在数铣加工前轴向间隙和径向间隙同时处于最好的定位状态。
57.然后，对金属密封环开口的第一端进行粗、精铣削加工。
58.最后，当金属密封环开口的第一端完成钩型开口加工后，松开径向定位组件3和轴向定位组件2，再将金属密封环开口处的第二端靠紧在角向定位塞块4上，在将金属密封环的外圆贴紧限位槽11的外圆周面后，轻轻拧紧第二端附近的轴向定位组件2，即图7中的组件e。经过塞尺测量保证间隙符合要求后，再通过径向定位组件3和轴向定位组件2进行径向限位和轴向限位，最后对金属密封环开口的第二端进行粗、精铣削加工。
59.可选的，在对金属密封环的第一端进行粗加工前，需要将金属密封环的第二端抬起并利用第二端附近的轴向定位组件2轻轻压住，防止金属密封环开口的第二端在对第一端加工的过程中被破坏。同样地，在对金属密封环的第二端进行粗加工前，也需要将金属密
封环的第一端抬起并利用第一端附近的轴向定位组件2轻轻压住。
60.可选的，在对钩型开口的凹槽处进行精加工时，需要暂停加工程序，利用开口处带有尖头压板的轴向定位组件2(即图7中的组件d)压住钩形开口的凸台处，从而限制了钩型开口的变形，保证了加工精度，不仅能保证满足目标尺寸，更重要的是能满足厚度差0.03max的要求，保证了批量生产加工的一致性。
61.可以理解，本发明的动力涡轮机匣金属密封环的数铣加工方法的加工质量稳定，零件合格率为100％，加工效率相比于现有加工方法提升了120％，大大提升了金属密封环的产量，可实现年产量1500件以上。
62.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。